接地电阻计算浅析

接地电阻计算浅析

陈健文

广东省重工建筑设计院有限公司广东广州510607

摘要：本文结合实际工程案例简析了工程设计中常用的接地电阻计算方法及降低高土壤电阻率地区的接地电阻的方法。

关键词：案例；接地电阻；计算；降低；方法

引言

接地电阻是我们在电气设计中经常碰到的词汇，不同的设备、不同的系统都有其自身对接地电阻的要求。我们日常所说的接地电阻其实指的是接地装置的电阻。接地装置可分为自然接地体和人工接地体，当采用自然接地体作为接地装置不能满足接地电阻要求时，就应设人工接地装置以降低接地电阻。在设计阶段，我们该如何判断工程的接地电阻是否满足系统接地电阻要求呢？本文结合典型的工程项目（某地下地铁车站）的接地设计，分析在工程设计中如何进行接地电阻的计算。

一、工程概况

本工程为标准岛式两层车站，站台宽11m，地下一层为站厅层，地下二层为站台层。车站建筑主要由站厅层、站台层、出入口通道、风道及地面建筑组成。车站总建筑面积13077.35㎡，站厅层面积4052.35㎡，站台层面积4380.30㎡，出入口通道面积2609.30㎡，风道面积2035.40㎡。有效站台中心里程处底板埋深约17.78m，顶板覆土约4.05m。

二、设计要求

车站设置强弱电共用的综合接地网，综合接地网应优先利用结构钢筋等自然接地极作为接地装置，并敷设以水平接地极为主的人工接地网，人工接地网设于土建结构板下，由水平接地体、垂直接地体及接地引上线等组成，自然接地极与人工接地网的连接点不少于2处，接地电阻应能分别测量。车站综合接地网接地电阻R≤0.5Ω，困难时应不大于1Ω，同时还应满足接触电压和跨步电压的要求。

三、接地电阻计算

1）输入条件：

1.车站为板式结构；车站长为214m，宽度20.8m，顶板覆土约4m，底板深度约为18m。

2.根据地勘报告，车站范围土层电阻率情况如下：

表1：车站范围内土层视电阻率汇总表

根据设计原则，车站综合接地装置由两部分构成。第一部分：利用车站结构钢筋组成的自然接地体；第二部分：由水平人工接地体和垂直人工接地体组成的人工接地网。第一部分自然接地体与第二部分人工接地体进行可靠连接组成的综合接地装置。水平接地体采用50mm×5mm铜排在结构底板下0.8米处地层设置敷设，采用长度为2.5m的∅50mm、壁厚5mm铜管作垂直接地体，相邻垂直接地体间距为5～10米，本站所设垂直接地体数量为46根；本站所设人工接地网面积为3475.5㎡。

2）接地电阻验算：

1.自然接地网

根据车站基础情况，自然接地体接地电阻的计算方法参照《工业与民用配电设计手册》第四版，表14.6-4，公式计算。其中取值为1.4，通过查表14.6-1得约为0.9，平均土壤电阻率通过公式14.6-6计算得结果约为618Ω·m。代入公式得可算得自然接地体的理论计算结果为3.64Ω。

2.人工接地网

自然接地体接地电阻的计算方法依据《工业与民用配电设计手册》第四版，表14.6-10，采用均匀土壤中复合式人工接地极电阻简易计算式。代入公式可算得人工接地体的理论计算结果为4.84Ω。

3.综合接地电阻R

人工接地网与自然接地网并联后通过公式（η—接地利用系数，可取0.8）计算得车站综合接地电阻R=2.60Ω。经计算后综合接地电阻R不满足不大于0.5Ω，困难时应不大于1Ω的设计要求。需要采取相应措施降低接地装置的电阻。

四、降低接地电阻措施

根据计算结果接地电阻值不满足设计要求，可采用增大地网面积、深打接地极、低阻土壤代替高阻土壤、添加降阻剂等方法降低接地电阻。

1、换土法

1.1水平接地休

根据设计要求仅对人工接地网周边水平接地体周边土壤进行更换，开挖1mX1m（宽X深）的沟槽，填充低阻素土（50Ω·m）。依据《水力发电厂接地设计技术导则》公式6.1.3-2，人工接地沟中水平接地体电阻计算方法可按以下公式计算：

：换土部分水平接地体总长度，为443.6m；：原地层电阻率，为570.99Ω·m；：置换土壤的电阻率，为50Ω·m的素土；：人工接地沟梯形断面的内切圆直径，为1m；d：水平接地体的直径或等效直径：50X5的铜排d为0.025m；计算得换土后水平接地网＝1.57Ω

1.2人工垂直接地体

根据《工业与民用配电设计手册》第四版，表14.6-7，单根垂直接地极的接地电阻击计算如下：

为垂直接地体长度，为2.5m；d为垂直接地体的等效直径为0.05m；单根人工垂直接地体=181.5Ω；

垂直接地体总电阻：

计算得=5.6Ω。

表2：垂直接地体的利用系数η值（环形敷设）

1.3人工接地网电阻：

重新计算车站综合接地电阻仍无法满足设计要求。需进一步采取降低接地电阻的措施。

2、释放降阻剂

对水平人工接地体及垂直接地体释放降阻剂的办法以降低人工接地网的电阻。释放降阻剂后人工接地网接地电阻计算方法如下：

为降阻剂系数，按厂家提供经验值，系数可取值为1.5。计算结果=1.02Ω。此时重新计算得出车站综合接地电阻R=0.75Ω，满足困难时应不大于1Ω的设计要求。

3、扩大人工接地网面积或外接人工接地网。

通过给人工接地体周边释放降阻剂的办法，车站接地电阻计算值已经满足不大于1Ω的要求。若想进一步降低接地电阻，满足不大于0.5Ω的要求，还可以采用扩大人工接地网面积或者外接人工接地网的方法。当车站主体范围内的接地网面积已经无法外扩时，可利用车站附属、预留物业开发空间，存车线等，在其范围内增设人工接地网，通过电缆及预留在人工接地网上接地引出端子将两个接地网连接起来。依据前文所述方法，重新计算车站的接地电阻。

五、结语

降低接地电阻的方法通常可采用外引接地、深打接地极、换土法、释放降阻剂、扩大人工接地网面积、敷设水下接地网等方法。我们应当根据项目情况选择合适的降阻办法。对于地下车站想要通过外引接地极降低接地电阻会增加工程开挖量代价很大。设计人员应当以对工程的接地电阻有所预期，以便选择合理的降阻办法。

高土壤电阻率地区工程在施工时应对人工综合接地体或自然接地体采取应边施工边测量的方案，在阶段性施工结束后，应对完工部分接地网进行接地电阻测量，以此推算出整体接地网的接地电阻值。若推算结果未能达到要求时，设计人员应及时性作出相应的补救措施。

本文所论述的接地电阻计算方法可作为项目前期设计的设计依据。但由于工程施工情况复杂，工程开挖后土层外部条件会受到各种因素的影响，土壤电阻率能会发生改变。设计人员应与施工现场保持良好的沟通，根据情况及时作出调整，避免造成翻工浪费的情况出现。